雨場(chǎng)景中的水滴與多種物體交互模擬.pdf

1、自然場(chǎng)景的模擬一直是虛擬現(xiàn)實(shí)一個(gè)重要方面，降雨現(xiàn)象是日常生活中最常見(jiàn)到的，雨場(chǎng)景在游戲動(dòng)畫、駕駛仿真等眾多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。目前的雨場(chǎng)景仿真中，大多只針對(duì)部分特定現(xiàn)象進(jìn)行模擬，現(xiàn)實(shí)中，雨滴下落過(guò)程中可能與建筑物、地面以及水面等發(fā)生碰撞。因此提出一種實(shí)時(shí)的雨滴交互模擬方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種常見(jiàn)物體的交互現(xiàn)象模擬。
　　首先，為了保證雨滴運(yùn)動(dòng)的真實(shí)性以及實(shí)時(shí)性交互，建立雨滴的幾何模型和動(dòng)力學(xué)模型，并考慮雨滴的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)描述問(wèn)題。針對(duì)虛擬雨場(chǎng)景

2、中動(dòng)態(tài)雨滴交互的問(wèn)題，對(duì)產(chǎn)生的相應(yīng)效果進(jìn)行深入分析，引入Metaball技術(shù)，改進(jìn)繪制算法中勢(shì)能的球心位置計(jì)算方法，并通過(guò)物理學(xué)公式以及碰撞檢測(cè)算法實(shí)時(shí)解決雨滴碰撞后的變形問(wèn)題。此外，通過(guò)引入距離臨界值，實(shí)現(xiàn)雨滴之間的融合現(xiàn)象。
　　其次，通過(guò)使用高度圖繪制凹凸不平的地面，引入計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中成熟的BRDF渲染方法，實(shí)現(xiàn)雨后濕潤(rùn)地面的光學(xué)效果；為進(jìn)一步增強(qiáng)真實(shí)感，利用深度圖來(lái)生成雨水達(dá)到地面的飛濺位置，實(shí)現(xiàn)雨水飛濺的層次感和隨機(jī)性效

3、果。
　　再次，為解決雨場(chǎng)景現(xiàn)象模擬的真實(shí)感問(wèn)題，進(jìn)行雨滴和水面的交互模擬中的多項(xiàng)效果模擬。通過(guò)使用高度圖的深度信息繪制積水區(qū)域，引入過(guò)程式紋理的方法模擬水面漣漪，利用Metaball技術(shù)處理水面上的氣泡的融合，采用粒子系統(tǒng)模擬雨滴飛濺效果。
　　最后，利用Cg語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)反射和折射效果，與光照模型混合得到綜合的光學(xué)效果，減少計(jì)算成本，提高實(shí)時(shí)性，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)模擬系統(tǒng)，對(duì)算法最終模擬效果進(jìn)行展示、分析和對(duì)比，以驗(yàn)證提出的模